基于MCU的汽車性能提高設(shè)計方案解析

　引言
　　在現(xiàn)在的汽車設(shè)計中，人們越來越注重智能和環(huán)保這兩個方面。因為智能化的汽車可以為人們帶來高度的安全性和舒適感，在環(huán)保方面，通過使用數(shù)字技術(shù)達(dá)到節(jié)能省碳的目的。因此，數(shù)字化程度在汽車領(lǐng)域也愈來愈深，大到動力傳動系統(tǒng)，小到車載娛樂系統(tǒng)，無處不見電子組件的身影，它們被廣泛應(yīng)用在感測和操控上。
　　在汽車電子的各個系統(tǒng)當(dāng)中，往往需要采用微控制器（MCU）做為運作控制的核心，而汽車對電子系統(tǒng)的倚重，也刺激車用微控制器市場的快速成長。車用微控器涵蓋8位、16位、32位等低、中、高階產(chǎn)品等級，各有其適合的應(yīng)用系統(tǒng)，大致如下：
　　8位MCU：主要應(yīng)用于車體的各個次系統(tǒng)，包括風(fēng)扇控制、空調(diào)控制、雨刷、天窗、車窗升降、低階儀表板、集線盒、座椅控制、門控模塊等較低階的控制功能。
　　16位MCU：主要應(yīng)用為動力傳動系統(tǒng)，如引擎控制、齒輪與離合器控制，和電子式渦輪系統(tǒng)等；也適合用于底盤機構(gòu)上，如懸吊系統(tǒng)、電子式動力方向盤、扭力分散控制，和電子幫浦、電子剎車等。
　　32位MCU：主要應(yīng)用包括儀表板控制、車身控制、多媒體信息系統(tǒng)（TelemaTIcs）、引擎控制，以及新興的智能性和實時性的安全系統(tǒng)及動力系統(tǒng)，如預(yù)碰撞（Pre- crash）、自適應(yīng)巡航控制（ACC）、駕駛輔助系統(tǒng)、電子穩(wěn)定程序等安全功能，以及復(fù)雜的X-by-wire等傳動功能。
　　1 車用MCU常見接口
　　CAN和LIN是比較常見的接口。
　　隨著今日汽車對應(yīng)用功能的要求愈來愈高，需整合的系統(tǒng)也愈來愈復(fù)雜，使得汽車電子系統(tǒng)對于高階32位 MCU的需求不斷提升。這類車用MCU往往被置放在高熱、多塵、劇震、電子干擾嚴(yán)重的運作環(huán)境，因此對耐受性的要求遠(yuǎn)高于一般用途的MCU。此外，在汽車的應(yīng)用環(huán)境中，車用MCU必須與多個車用電子控制裝置（ECU）相連結(jié)，其中最常見的傳輸接口為CAN和LIN。
　　CAN又分為高速CAN和低速CAN，高速CAN的傳輸率可以達(dá)到1 Mbps，適用于ABS、EMS等強調(diào)實時反應(yīng)的應(yīng)用；低速CAN則可達(dá)到125 Kbps，適合較低速的車體零件控制。此外，CAN控制器的型式可分為舊型的1.x、標(biāo)準(zhǔn)型的2.0A和延伸型的2.0B，愈新的規(guī)格效能自然愈好，其中 2.0B又可分為被動（passive）型式和主動（active）型式。
　　LIN則是較CAN更為低速且低成本的通訊方案，采用一個主節(jié)點、多個從節(jié)點的概念（最多支持16個節(jié)點），可達(dá) 20 kbps數(shù)據(jù)傳輸率，總線電纜的長度最多可以擴(kuò)展到40公尺。它很適合做為空調(diào)控制（Climate Control）、后照鏡（Mirrors）、車門模塊（Door Modules）、座椅（Seats）、智能性交換器（Smart Switches）、低成本傳感器（Low-cost Sensors）等較單純系統(tǒng)的分布式通訊解決方案。
　　以下將介紹應(yīng)用于儀表板控制及車身控制的新一代MCU技術(shù)，并以富士通新一代的MB91770系列和MB91725系列新型微控制器做為設(shè)計參考。請參考（圖一）。
　　
　　圖1　儀表盤控制及車身控制MCU在汽車中的應(yīng)用（以MB91770系列和MB91725系列為例）
　　2 汽車儀表板及車身控制設(shè)計要領(lǐng)
　　汽車的儀表板為駕駛提供各種實時的視覺信息，這些信息是輔助決策的重要參考，必須快速且準(zhǔn)確無誤的傳遞給駕駛員知道。此外，汽車中的空調(diào)及車身控制模塊（BCM）系統(tǒng)，負(fù)責(zé)為駕駛及乘客提供舒適的乘車環(huán)境。其中空調(diào)系統(tǒng)過執(zhí)行最佳控制將汽車內(nèi)部的溫度迅速降至較為舒適的水平，并根據(jù)來自于各個傳感器的信息保持舒適的車內(nèi)溫度。BCM系統(tǒng)則可以集中控制多個ECU，如車門、座椅和組合開關(guān)等。
　　不論是儀表盤控制或車身控制的MCU，都必須提供更高的處理性能、處理大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的能力、支持多種外圍連接的接口功能、可擴(kuò)展電路板布局范圍的功能、先進(jìn)的內(nèi)存架構(gòu)，以及更便利的開發(fā)環(huán)境。